Ho voluto intitolare “il vuoto oscuro” questo articolo, perchè vorrei enfatizzare il legame che esisterebbe tra due concetti di primaria importanza nella fisica moderna: l’energia oscura e il vuoto quantistico, il primo legato al macrocosmo e il secondo al microcosmo (ovvero il regno dei quanti).
Come abbiamo visto la scorsa volta, il problema dell’energia oscura è tra i piu’ importanti quesiti che la scienza sta affrontando in questi anni. Essa è all’origine dell’espansione accelerata dell’ Universo o per meglio dire, dietro tale nome è celata la nostra ignoranza nel capire, partendo da principi primi, il perchè di tale espanzione accelerata.
Si sono sviluppati nel corso degli anni una miriade di modelli che tentano di estendere e modificare le equazioni di Einstein in modo da tener conto di questo fenomeno cosi’ inatteso.
Per ora non abbiamo un modello definitivo anche perchè manca una teoria definitiva e microspica della gravità che va sotto il nome di gravità quantistica. Ciononostante esiste un modello fenomenologico che è in accordo con la maggior parte dei dati sperimentali. Tale modello prevede un universo dominato dalla gravità e dall’energia oscura, quest’ultima rappresentata da una costante che si aggiunge alle equazioni einsteniane, chiamata appunto costante cosmologica.
Storicamente, tale costante venne introdotta per la prima volta da Einstein stesso ma per scopi ben diversi. Lui credeva che l’Universo fosse un sistema statico e non dinamico. La costante cosmologica gli serviva per bilanciare le equazioni della sua relatività generale che prevedevano invece un universo in espansione. Il suo modello cosmologico fu confutato dalle osservazioni sperimentali fatte dal grande E. Hubble verso la fine degli anni 20′ del secolo scorso, che dimostravano inevocabilmente che l’universo si stava espandendo (un’ espansione però decelerata come si è creduto fino alla fine degli anni 90′).
Einstein definì la costante cosmologica come il più grande errore della sua vita.
Ma ora con il paradigma dell’energia oscura essa è tornata alla ribalta (anche se sotto nuova veste).
Fisicamente parlando, che vuol dire rappresentare questa forma di energia con una costante?
Non possiamo identificare questa energia in un luogo preciso dell’universo. Essa sarebbe presente in ogni luogo, poichè la sua origine sarebbe da attribuire ai fenomeni quantistici che avvengono nel vuoto. Un’ energia di vuoto uguale per l’appunto in ogni posto del Cosmo e per questo definita da una costante.
Più precisamente a livello microscopico, essa nascerebbe dalle fluttuazioni quantistiche del vuoto. Sarebbe una delle soluzioni piu’ natura perche’ il vuoto in fisica quantistica non è realmente tale, cioe’ in ogni porzione di spazio che noi idetifichiamo a scale macroscopiche come spazio vuoto, esistono delle particelle che nascono e si annichilina nel vuoto stesso in tempi infinitesimi.
Queste particelle sono chiamate virtuali, perchè i nostri esperimenti non possono effetivamente rivelarle anche se esse influenzano enormemente i fenomeni quantistici delle particelle “reali” (ovvero quelle misurabili).
Il concetto del vuoto quantistico non è una speculazione o un’astrazione teorica, la forza esercitata dal vuoto si puo’ misurare. Il fenomeno piu’ noto ad esso legato è il famoso effetto Casimir.
L’esperimento funziona cosi’:
si prendono due lastre metalliche piatte e si posizionano molto vicino tra di loro. Logicamente le piastre non sono cariche quindi non c’e’ attrazione elettromagnetica e men che mai la gravita’ a queste scale ha un peso rilevante. Eppure si misura sperimentalmente una forza di attrazione tra le due lastre. Questo fenomeno è dovuto al fatto che vi sono piu’ modi possibili di fluttuazioni quantistiche del vuoto fuori dalla due piastre che non nello spazio presente tra le due (ricordiamoci che le particelle sono rappresentabili quantisticamente come onde).E’ come se ci fosse piu’ pressione fuori che dentro e quindi come in fisica classica le due piastre sono spinte dalla forza del vuoto l’una contro l’altra….il bello è che i conti teorici e le misure si trovano, quindi è una prova indiretta di come il vuoto quantistico possa avere un peso anche a scale macroscopiche.
Quindi in definitiva si pensa che (su per giu’) l’energia oscura abbia questa origine. Il problema fondamentale è che qui i conti non si trovano (a differenza dell’Effetto Casimir)…c’e’ una discordanza tra la previsione teorica e valore utile per essere in accordo con i dati sperimentali della costante di circa 120 ordini di grandezza! Tale fatto fa diventare la costante cosmologica un vero rompicapo perchè rappresenta la peggior previsione teorica di una grandezza fisica nella storia della scienza.
Non ci resta che aspettare che qualcuno faccia quadrare i conti con un a nuova idea semplice ma geniale (magari modificando i campi quantistici in gioco nel conto delle fluttuazioni o magari ridefinendo la costante cosmologica in altro modo).
Siamo però certi di una cosa: la teoria dell’ “Horror Vacui” del buon vecchio Aristotele è in un certo senso ancora valida!
